Клонам здесь не место. Когда телепортация станет обыденностью

Этим летом пришло несколько сенсационных сообщений о новых достижениях в технологиях телепортации. Нужно сразу уточнить, что мгновенное перемещение каких-либо объектов из одной точки пространства в другую до сих пор остается фантастикой, да и вряд ли когда-нибудь станет возможным. Ведь понятие "мгновенное перемещение" подразумевает, что в это самое мгновение объект существует в виде множества копий-клонов, занимающих все точки пространства между пунктом отправления и пунктом назначения. Но вот сделать так, чтобы объект исчез здесь и появился в заданном месте где-то на другом континенте или даже на другой планете, - это вполне реально.

16 августа прошлого года Китайская национальная космическая администрация успешно запустила спутник, оснащенный первой в мире космической квантовой коммуникационной системой. Спутник получил название "Мо-цзы" в честь китайского философа, который в V в. до н. э. учил тому, что "небо придерживается всеобщей любви". Удивительный эффект квантовой запутанности, благодаря которому стали возможны квантовые коммуникации, можно считать своеобразным подтверждением этого учения Мо-цзы.

Суть эффекта, в совсем кратком изложении, заключается в том, что любую систему квантовых объектов, таких как фотоны (частицы света), электроны, атомы и т. д., можно привести в общее им всем состояние, называемое запутанным. Если два таких объекта развести на сколь угодно большое расстояние, они по-прежнему будут "чувствовать" друг друга. И если затем один из них запутать с третьим объектом (тем самым, который мы хотим телепортировать), то второй объект (тот, который находится где-то далеко) мгновенно "прочитает" информацию об этом третьем объекте, "записанную" первым объектом.

Иными словами, квантовая телепортация заключается не в мгновенном перемещении объекта, а в мгновенной передаче информации о внутреннем состоянии объекта. Но не нужно делать вывод, что это какая-то "ненастоящая" телепортация. В далеком будущем таким способом можно будет телепортировать даже людей. В пункте отправления записывается информация о внутреннем состоянии человека (включая его память, сознание и, если угодно, душу), а в пункте назначения эта информация считывается и затем передается. скажем, достаточно массивной куче пыли, чьи протоны, нейтроны и электроны тут же воссоздают человека точь-в-точь в том состоянии, в каком он пребывал до этой процедуры.

Принципиально важно, что в пункте отправления телепортируемый объект лишается своего первоначального состояния. В примере с человеком это будет означать не просто физическую смерть, а дезинтеграцию тела на атомы и элементарные частицы. То есть создавать копии человека таким способом будет нельзя - это прямо запрещает теорема о запрете клонирования, доказанная в рамках квантовой теории в 1982 г. американцами Уильямом Вуттерсом и Войцехом Журеком и нидерландским физиком Деннисом Диксом.

Впрочем, пока что люди учатся телепортировать простейшие объекты. Принципиальная возможность этой процедуры была продемонстрирована в 1993 г. учеными из IBM под руководством Чарльза Беннета. В 1997 г. почти одновременно группами физиков под руководством Антона Цайлингера (Австрия) и Франческо де Мартини (Италия) была осуществлена экспериментальная реализация квантовой телепортации фотона. Наземный рекорд дальности установили в мае 2012 г. австрийские физики под руководством все того же Антона Цайлингера. Они получили в течение 6,5 часов 605 фотонов, телепортированных на 143 км, - такое расстояние разделяет острова Ла-Пальма и Тенерифе Канарского архипелага.

Китайцы с помощью своего спутника "Мо-цзы" сумели побить этот рекорд в 10 раз. Пунктом отправления телепортируемых фотонов служила базовая станция в округе Нгари в Тибетских горах. Спутник движется по орбите, удаленной от поверхности Земли на 500 км. Расстояние от станции до спутника составляет около 1400 км, когда он выходит из-за горизонта, и около 500 км, когда спутник находится в зените. В статье, опубликованной 4 июля 2017 г., китайские исследователи сообщили, что за 32 дня эксперимента удалось зарегистрировать 911 случаев успешной квантовой телепортации фотонов. При этом некоторые из случаев были зарегистрированы на максимальной дистанции - около 1400 км.

Конечно, тут напрашивается вопрос о том, когда можно будет перейти от экспериментов к практическому применению. Например, когда можно будет телепортировать не считанные фотоны или атомы, а что-то покрупнее. Несколько недель назад профессор Массачусетского технологического института Саджан Саини выступил с видеолекцией о квантовой телепортации. По его прогнозу, телепортировать людей будет возможно лет эдак через тысячу.

Даже если профессор прав в своей осторожности, это не значит, что квантовая телепортация еще сотни лет будет всего лишь забавой. На самом деле она не забава уже сейчас. Именно потому ею всерьез занялись китайцы.

Как уже говорилось, при квантовой телепортации передается в другую точку пространства не сам объект, а информация о его состоянии. Причем в пункте отправления информация исчезает, а в пункте назначения появляется. И создать "левую" копию этой информации не может никто - это гарантирует теорема о запрете клонирования. Но ведь о такой системе передачи информации мечтает любая спецслужба и вообще любая структура, заботящаяся о своей кибербезопасности.

Описанные выше эксперименты были только первой частью исследовательской программы спутника "Мо-цзы". Второй частью стало испытание космической квантовой коммуникационной системы. Для этого по наземному каналу передавалось зашифрованное сообщение, параллельно через спутник осуществлялись прием и передача запутанных частиц, квантовые состояния которых в определенный момент времени служат ключами для шифра.

10 августа газета China Daily сообщила, что эта часть программы тоже увенчалась успехом: "Мо-цзы" смог передать квантовые ключи для шифра на Землю. Как заявил президент Китайской академии наук Бай Чуньли, спутник продолжит свою работу, пока его ожидаемый срок службы не истечет в следующем году. Бай Чуньли подчеркнул, что результаты экспериментов, которые проводятся с участием спутника, найдут применение в госуправлении, военной, финансовой, энергетической и других сферах, где кибербезопасность имеет первостепенное значение.

После завершения работы "Мо-цзы" Китай планирует запускать следующие спутники под тем же названием и с подобным назначением. Они будут играть ключевую роль в дальнейших квантовых планах Пекина.